项目一 抽屉拉手锌合金热压室压铸机压铸模设计

任务一 抽屉拉手压铸材料选择及其熔炼

任务引入

图1-1-1和图1-1-2分别为家具用抽屉拉手压铸件实体图和平面图，要求选择抽屉拉手合金材料，确定合金熔炼工艺。

任务操作流程

1.根据铸件受力状态及工作环境、工作条件和生产条件，选择合金种类。

2.根据所选合金，确定熔炼设备和压铸设备种类。

3.确定熔炼工艺。

教学目标

※能力目标

1.能够根据压铸件使用性能选用材料。

2.能够确定压铸合金熔炼设备类型。

3.能够根据压铸合金材料，确定压铸成型设备类型及成型工艺。

※知识目标

1.熟悉锌合金材料性能及其应用。

2.掌握锌合金材料熔炼工艺。

3.了解锌合金材料成型设备及工艺过程。

4.掌握压铸锌合金的选择步骤和方法。

5.掌握热压室压铸机的压铸特点、原理及工艺过程。

相关知识

一、压铸定义、本质、生产要素及工艺过程

1.压铸定义

压铸是压力铸造的简称，是在高压作用下，使液态或半液态合金以较高的速度充填铸模型腔，并在压力下成型和凝固，获得铸件。

2.压铸本质

高压力和高速度，也是压铸与其他铸造方法最根本的区别所在。

3.压铸生产要素

合金材料、压铸机和压铸模。

4.压铸工艺过程

压铸工艺过程如图1-1-3所示。

二、压铸成型的优、缺点

1.优点

（1）压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低。

（2）材料利用率高达60%～80%，毛坯利用率达90%。

（3）可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件。

（4）在压铸件上可以直接嵌铸其他材料的零件。

（5）压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度。

（6）生产率极高。

（7）压铸件质量及尺寸：质量最小的只有零点几克，最大的铝合金铸件质量达60kg；尺寸最大的直径可达2m。

2.缺点

（1）压铸件常有气孔及氧化夹杂物存在。

（2）不适合小批量生产（成型模具昂贵）。

（3）压铸件尺寸和结构受到限制。

（4）压铸合金材料受到限制（仅限于锌、铝、镁、铜），压铸黑色金属时，压铸模具使用寿命很低。

（5）设备投资大，生产准备周期长。

三、压铸成型的应用范围

压铸成型主要用于汽车及摩托车制造业，还有工业电器、仪器仪表、家用电器、通信、照相机、计算机、钟表等。以铝合金铸件居多（占60%～80%），锌合金次之（占10%～20%），镁合金被誉为“21世纪绿色工程材料”，用于计算机、通信器材、消费类电子、航空航天等。

四、压铸生产对压铸合金的要求

1.基本要求

（1）过热温度不高时，具有较好的流动性。

（2）线收缩率和裂纹倾向小。

（3）结晶温度范围小。

（4）具有一定的高温强度。

（5）在常温下有较高的强度。

（6）与型腔壁间产生物理-化学作用的倾向性小。

（7）具有良好的加工性能和一定的抗蚀性。

2.压铸生产对压铸合金性能的要求

压铸生产对压铸合金性能要求包括使用性能和工艺性能，见表1-1-1。

五、压铸锌合金特点和用途

1.压铸锌合金优点

（1）压铸性能好，填充型腔容易。可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑，尺寸精度高。

（2）结晶温度范围小，不易产生疏松。

（3）在385℃熔化，浇注温度较低，模具使用寿命长。

（4）熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不黏模。

（5）有很好的常温力学性能、机械性能和耐磨性。

（6）锌合金铸件能够进行表面处理，如电镀、喷涂、喷漆等。

2.压铸锌合金缺点

（1）老化现象：温度低于0℃时，冲击韧性急剧降低；温度升高时，力学性能下降，且易发生蠕变，使其应用范围受到限制。

（2）尺寸变化：铸件成型后会发生尺寸收缩，开始收缩速度比较快，3～5天后，大约完成了2/3后收缩速度减慢，尺寸逐渐趋于稳定。

（3）密度大（液态6.4g/cm3，固态6.7g/cm3），铸件重。

3.常用压铸锌合金特点及用途

常用压铸锌合金特点及用途，见表1-1-2。

六、压铸锌合金应用实例

在电子、五金、工艺品、玩具等行业压铸锌合金具有广泛的应用市场，如图1-1-4～图1-1-8所示。

七、压铸锌合金的熔炼

1.熔炼目的

为得到符合化学成分规定、结晶组织好及气体、夹杂物少的熔融金属液。

2.熔炼过程中的物理、化学现象

（1）金属与气体的相互作用：在熔炼过程中，与氢（H2）、氧（O2）、水汽（H2O）、氮（N2）、CO2、CO作用，这些气体或是溶于金属液中，或是与其发生化学作用。

（2）气体来源：气体可从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。

（3）熔融的合金液与坩埚的相互作用：熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应加快，坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3 等氧化物。此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物（锌渣），溶解在锌液中；铁质坩埚壁厚不断减薄直至报废。

3.压铸锌合金熔炼过程

压铸锌合金熔炼过程如图1-1-9所示。

4.熔炼锌合金用设备

熔炼锌合金用设备选用铸铁或石墨坩埚炉，金属坩埚。

5.锌合金熔炼工艺特点

（1）熔炼前炉料成分的控制：分析并去除回炉料中Fe、Sn、Pd、Cd等有害杂质，选用高纯度的锌合金锭，严格控制熔炼过程，防止锌合金“老化”。

（2）熔炼过程中的温度控制。

① 采用中央熔炼炉，压铸机熔炉作保温炉。温度过高，铝、镁元素易烧损，锌渣增加，坩埚中的铁元素与锌反应加快，形成铁锌金属间化合物，使锤头、鹅颈壶过度烧损；温度过低，合金流动性差，不利于成型，影响压铸件表面质量。

中央熔炼炉内金属液温度为430～450℃。

热压室压铸机坩埚内金属液温度为415～430℃，薄壁件、复杂件压铸温度取上限，厚壁件、简单件取下限。进入鹅颈管的金属液温度与坩埚内的温度基本一样。

② 采用先进的金属液自动送料系统能够保持稳定的供料速度、合金液的温度及坩埚液面高度。

（3）熔炼生产步骤：先加入熔点较高的铝锭和铝铜中间合金，再加入回炉料和锌锭，再撒上一层20mm厚的覆盖剂，当炉料熔化后，用钟罩压入镁锭，去除覆盖层，用占料重0.25%～0.3%的精炼剂脱水氯化锌精炼，除渣运往保温炉中待用。

6.熔炼锌合金用工具

熔炼锌合金工具选用多孔（ϕ6mm）盘形扒渣耙、搅拌器。

7.锌合金熔炼操作注意事项

（1）坩埚：使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应预热到150～200℃，在工作表面喷一层涂料，再加热到200～300℃，彻底去除涂料中水分。

（2）工具：熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部分，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则会引起熔液飞溅及爆炸。

（3）合金材料：熔炼前要清理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。

（4）熔炼温度：≤450℃。

（5）及时清理坩埚中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度（不低于坩埚面30mm）。因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入鹅颈通道，拉伤、冲头和司筒，导致卡死冲头、鹅颈和冲头报废。

（6）熔液上面的浮渣用扒渣耙轻轻地搅动，使之集聚以便取出。

8.压铸合金的选择

（1）选择原则：在满足压铸件使用性能的前提下，尽可能选择工艺性能好的压铸合金。

① 铸件使用性能（力学性能、物理及化学性能）：用强度、硬度、密度、熔点、热导率、线膨胀系数等作衡量指标。

② 铸件工艺性能：指铸造工艺性能、切削加工性、焊接性、热处理性能、流动性、抗热裂纹性、合金黏附模具的程度。

（2）选择合金需考虑的因素

① 压铸件受力状态（大小、方向、类型等）。

② 压铸件工作环境。温度高低、是否要密封及哪类密封、工作接触介质（海水、酸碱、潮湿空气）。

③ 压铸件在整机或部件中所处的工作条件。

④ 对压铸件尺寸和重量是否有限制。

⑤ 本厂的合金熔炼设备、压铸机和工艺装置及操作水平。

⑥ 合金价格的高低。

任务实施

1.抽屉拉手合金材料的选择

（1）抽屉拉手使用性能分析：抽屉拉手为生活用品，工作温度不超过100℃，受很小的拉力，外观质量要求高，不允许有裂纹、砂孔等铸造缺陷，对工作环境及重量无特殊要求。

（2）工艺性能分析：要求铸件成型性能好。

（3）抽屉拉手合金材料选择：从抽屉拉手使用性能和工艺性能分析得知，采用压铸工艺性好的锌合金——ZZnAl4Y能满足抽屉拉手使用性能。锌合金流动性好，铸件表面光滑，不易产生裂纹、缩松等铸造缺陷。工作环境也适合，虽易老化，但不影响其使用功能。

2.抽屉拉手锌合金熔炼工艺

先加入熔点较高的铝锭和铝铜中间合金，再加入回炉料和锌金属，并撒上一层20mm厚的覆盖剂，当炉料熔化后，用钟罩压入镁锭，去除覆盖层，用占料重0.25%～0.3%的精炼剂脱水氯化锌精炼，除渣运往保温炉中待用。

知识拓展

一、压铸生产前的准备

1.设计和制造压铸模。

2.将压铸模安装到压铸机上。

3.将固态合金在熔炼炉中熔炼成液态合金，保温到坩埚。

二、压铸生产中三要素——压铸合金、压铸机、工艺

1.锌合金+热压室压铸机+锌合金熔炼工艺+锌合金压铸成型工艺。

2.铝合金+冷压室压铸机+铝合金熔炼工艺+铝合金压铸成型工艺。

3.镁合金+冷压室压铸机+镁合金熔炼工艺+镁合金压铸成型工艺。

三、压铸生产后的处理

压铸件清整、表面处理、热处理及浸渗处理和质量检验。

思考题

一、专业术语解释

1.锌合金老化现象

2.压铸特点

二、问答题

1.压铸生产对压铸锌合金有哪些基本要求？

2.压铸锌合金熔炼工艺有哪些？

三、填空题

1.压铸锌合金熔炼设备有____或____和____。2.压铸合金熔炼目的是____。

3.压铸合金熔炼前准备工作有____、____、____等。

4.目前最先进的铸造工艺方法之一是____。

5.压铸是____的简称，其实质是在____作用下，使液态或半液态金属以____充填压铸模型腔，并在____成型和凝固而获得铸件的方法。

四、选择题

1.压铸合金选用应考虑铸件（ ）及工作环境状态。

A.酸碱

B.压力

C.密闭性

D.受力状态

2.目前高熔点黑色金属难以压铸，原因之一是受到压铸模（ ）的限制。

A.型腔材料

B.型芯材料

C.模板材料

D.推杆材料

3.压铸用低熔点合金有锌合金、锡合金和（ ）。

A.钨合金

B.镁合金

C.钛合金

D.铅合金

4.由于锌合金易产生“老化”现象，故不用于（ ）的制作。

A.装饰扣

B.纪念章

C.抽屉拉手

D.汽车轮毂